Инопланетяне и инопланетные общества. Руководство для писателя по созданию внеземных форм жизни.

Второе важное применение спектроскопии проистекает из того факта, что при прохождении света сквозь материю часть его поглощается. Спектр поглощения скорее дискретный, чем непрерывный — то есть, свет сильно поглощается только на ограниченных, чётко определённых длинах волн. Какие длины волн поглощаются, зависит от поглощающего материала. Спектр поглощения каждого элемена или соединение определяется его атомной или молекулярной структурой, поэтому он так же уникален, как отпечаток пальца. Это наш основной способ узнать химический состав звёзд и атмосфер планет. Большая часть видимого нами света звезды излучается самыми горячими её слоями, а когда он проходит через более холодные слои дальше, на непрерывный спектр горячего тела накладываются линии поглощения. Сравнивая длины волн в спектрах поглощения с характерными для различных веществ, астрономы могут распознавать химические составляющие более холодных слоёв.

Иногда линии поглощения в спектре звезды не в точности совпадают с линиями известных химических веществ — если только вы не корректируете их с учётом эффекта Доплера. Это ведёт нас к третьей важной области применения спектроскопии. Эффект Доплера — это кажущееся изменение частоты и длины волны, вызванное движением источника по направлению к наблюдателю или от него. Вы можете пронаблюдать его доступную и простую демонстрацию, если встанете рядом с железнодорожным переездом, когда поезд, гудя, приближается и проезжает мимо.

РИСУНОК 3-2 Непрерывные спектры для звёзд с тремя температурами «на поверхности»: 3000 К, 6000 К и 10000 К.

Вначале, когда поезд движется в вашу сторону, звуковые волны «прижимаются друг к другу» перед ним, поэтому вы воспринимаете их как более близкие друг к другу (более короткая длина волны) и достигающие вас чаще (более высокая частота), по сравнению с ситуацией, когда поезд стоит неподвижно. Когда поезд удаляется от вас, происходит обратное. Таким образом, когда машинист даёт сигнал, который он слышит как ровный по высоте тона, вы слышите, как он начинается высоким тоном, а затем падает, когда поезд приближается и проходит мимо.

Звёздный спектр часто будет соответствовать набору известных химических спектров, если вы предполагаете, что в силу эффекта Доплера все линии сдвинулись вверх или вниз, потому что звезда движется к вам или от вас с определённой скоростью. Такие наблюдения указывают на то, что многие галактики удаляются от нас (в их свете есть смещение в сторону более длинных волн, или «красное смещение»); и чем дальше они находятся, тем быстрее они движутся (и наоборот). Это наблюдение, известное как «закон Хаббла», является одной из основ любой космологии (теории Вселенной). Наряду с вышеописанным, эффект Доплера может давать нам информацию на гораздо более детальном уровне. Если звезда вращается вокруг оси, перпендикулярной вашему лучу зрения, одна её сторона движется к вам, другая — от вас, а середина просто перемещается поперёк вашего луча зрения. Таким образом, часть её света не показывает признаков доплеровского смещения, часть в большей или меньшей степени смещена в красный цвет, а часть — в синий цвет. Конечным результатом будет расширение всех её спектральных линий, и степенью расширения можно воспользоваться, чтобы оценить, насколько быстро вращается звезда.

Другие источники данных

Последние несколько десятилетий, а особенно — последние несколько лет, внесли некоторые существенные дополнения в копилку хитростей астрономов. Во-первых, видимый свет — это не единственный вид излучения, испускаемого звездами. Электромагнитное излучение варьирует от гамма-лучей с длиной волны всего лишь 10^-15 м до рентгеновских лучей, ультрафиолета, видимого света, инфракрасного излучения и радиоволн, часть которых имеет длину волны, измеряемую многими километрами. Из всего этого диапазона, аналогичного многим октавам в музыке, невооружённый глаз может увидеть менее одной октавы. (Для сравнения: мы слышим около десяти октав.)

В настоящее время астрономические наблюдения проводятся во всех частях электромагнитного спектра, и каждая из них рассказывает астрономам о том, чего не могут рассказать другие части. Оборудование для наблюдений в разных частях спектра выглядит очень по-разному. Например, одним из самых известных радиотелескопов является «тарелка» в Аресибо, которая встроена в чашеобразную долину в горах Пуэрто-Рико.

Во-вторых (и в-третьих, и значительно дальше), наша недавно обретённая способность путешествовать в космос и отправлять туда приборы произвела настоящую революцию в поиске астрономических данных. Как кто-то заметил лет десять назад, «За последние десять лет астрономия изменилась больше, чем за предыдущие четыреста».